鑄件骨架加工基準(zhǔn)的設(shè)置

胡煒，李向陽，陳永峰，陳強(qiáng)星，李恒菊

航空工業(yè)航宇救生裝備有限公司 湖北襄陽 441002

1 序言

鑄件在機(jī)械加工時，基準(zhǔn)的選擇非常重要。第一道工序多為劃線，劃線時一般以非加工面為裝夾定位面，稱為粗基準(zhǔn)。后續(xù)加工需要選擇已加工面作為定位精基準(zhǔn)。粗基準(zhǔn)只能用一次，若粗基準(zhǔn)設(shè)置不正確或者有一些偏差，則會引起零件壁厚不均勻，造成零件報廢，體現(xiàn)出了粗基準(zhǔn)的重要性。

2 鑄件骨架結(jié)構(gòu)及加工時出現(xiàn)的問題

加工鑄件時，首先由鉗工劃線確定毛坯余量，由劃線確定機(jī)械加工余量是否均勻。圖1所示骨架為精密鑄件，是空中加油接口組件之一，材料為鑄鋁。加工時因受各種因素的影響，廢品率居高不下。

圖1 鑄件骨架

圖1中，零件尺寸精度控制在0.05～0.1mm，同時要保證基準(zhǔn)A到未加工表面尺寸1 6 mm，而φ54+0.030mm毛坯材料厚度僅3～4mm，該尺寸已超差。

分析認(rèn)為，對于鑄造毛坯件的加工應(yīng)考慮下列因素：鑄件設(shè)計精度要求、機(jī)械加工要求、鑄造方法、所要生產(chǎn)的鑄件數(shù)量以及其他各種特殊要求，特別是基準(zhǔn)目標(biāo)系統(tǒng)、個別特殊公差、幾何公差、圓角半徑公差以及機(jī)械加工余量。

3 原因分析

零件鑄造公差參照GB/T 6414—1999《鑄件尺寸公差與機(jī)械加工余量》，可知其相對于保留材料3～4mm明顯過大，基準(zhǔn)選擇不合理，毛坯余量積累，造成零件余量偏差。此外，加工工序集中，內(nèi)容多，多個尺寸相互關(guān)聯(lián)，容易發(fā)生毛坯余量分布不均問題，產(chǎn)生材料殘留及局部缺殘現(xiàn)象，槽兩邊不對稱，孔上下毛坯余量不均勻，造成尺寸超差，使零件報廢（見圖2），體現(xiàn)出了加工前選擇粗基準(zhǔn)的重要性。

圖2 報廢的零件

此外，工序內(nèi)容相互牽制、相互制約，圓柱面余量均勻與否無法直接由劃線確定，只能依據(jù)加工基準(zhǔn)A間接控制。而基準(zhǔn)面A以16mm和劃線作為參考進(jìn)行加工，受鑄造毛坯余量影響，間接造成產(chǎn)生誤差后無法判斷，對圓柱面余量沒有控制，當(dāng)出現(xiàn)問題時，后續(xù)也無法彌補(bǔ)。

4 加工方案的改進(jìn)

為了提高鑄件的機(jī)械加工合格率，應(yīng)首先分析零件結(jié)構(gòu)，由零件結(jié)構(gòu)確定基準(zhǔn)，其中盡量遵循基準(zhǔn)重合原則，即鑄件設(shè)計基準(zhǔn)、鑄造基準(zhǔn)及劃線基準(zhǔn)重合。

按照GB/T 6414—1999《鑄件尺寸公差與機(jī)械加工余量》，鑄造毛坯公差選取精度適中等級的CT5～CT8級（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對于不超過16mm的尺寸，不采用C T13～C T16級的一般公差）。對于16mm尺寸，鑄造公差為0.42～1.2mm。而φ54mm外圓柱壁厚3～4mm，＜10mm，公差為0.36～1mm，＜1 6 mm的尺寸公差，故實際最終需要保證φ43mm、φ54+0.03+0mm處毛坯均勻分布。這就需要再分別從基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換、定位基準(zhǔn)的選擇、工裝夾具、加工設(shè)備和加工方法等方面入手進(jìn)行分析，制定合理的解決方案。

4.1 遵循基準(zhǔn)重合原則

基準(zhǔn)的選擇是劃線工作中最為重要的環(huán)節(jié)，從設(shè)計角度來說，劃線基準(zhǔn)優(yōu)先選擇與設(shè)計基準(zhǔn)重合，或與平臺呈特定的關(guān)系；從加工角度來說，應(yīng)盡量選擇最終尺寸較小處作為定位基準(zhǔn)，以保證加工余量均勻分布，保證被加工面與非加工面的壁厚均勻；從裝配角度來說，應(yīng)保證裝配部件與非加工面的間隙，確保其相互之間不干涉；從使用方面來說，要保證使用時應(yīng)有的強(qiáng)度。

針對骨架的劃線，結(jié)合零件結(jié)構(gòu)特點，首先選用鑄件最大非加工面即最終控制尺寸面作為劃線基準(zhǔn)，如圖1所示，相當(dāng)于距離基準(zhǔn)A面16mm的平面。對零件毛坯進(jìn)行劃線，通過“借料”調(diào)整局部或單一方向缺少材料的問題。劃線還有一個重要目的是檢查毛坯是否存在不可逆轉(zhuǎn)的缺陷，如出現(xiàn)此問題，則原因歸屬于毛坯鑄造模具設(shè)計不合理，應(yīng)提出改進(jìn)要求，從而避免類似問題的發(fā)生。

由定位基準(zhǔn)A轉(zhuǎn)換為φ57mm和φ62mm（兩圓柱鑄造毛坯尺寸）外圓柱為基準(zhǔn)，直接選取鑄造對稱中心基準(zhǔn)即找正毛坯廠提供的基準(zhǔn)線，確保與鑄造基準(zhǔn)重合，避免了基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換出現(xiàn)誤差的現(xiàn)象，可以減掉鉗工劃基準(zhǔn)線A這一工序內(nèi)容。

4.2 基準(zhǔn)的選擇

從改變裝夾方式入手，由原來采用專用拼裝夾具劃線，加工過程需要往返裝夾4次，且質(zhì)量無法控制，改為固定定位點和浮動定位，自制專用V形塊輔助工裝。用90°V形塊選取φ57mm和φ62mm圓柱面定位，90°V形定位經(jīng)過sin45°轉(zhuǎn)換，誤差小于平面定位的1/2，從而證明V形定位能有效地減少定位誤差，減少因鑄造誤差對定位精度的影響，免去了重復(fù)裝夾的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差，相當(dāng)于提高了粗基準(zhǔn)的定位精度。

4.3 計算毛坯誤差范圍及基準(zhǔn)偏差

以φ57mm和φ62mm外圓柱為定位面，計算得出φ57mm在V形塊中心點與φ62mm中心點相距定位面距離Δh＝29.85－28.08＝1.77（mm）（見圖3），只要加工出高度差為1.77mm的V形塊，在毛坯最理想狀態(tài)下，放置于V形塊中，則兩圓心在同一水平面。為避免因鑄造誤差影響定位精度，設(shè)立浮動定位（即高度微調(diào)）V形塊，參照GB/T 6414—1999《鑄件尺寸公差與機(jī)械加工余量》，選取精密鑄造毛坯的公差為CT6級，則公差為0.52mm。兩V形塊高度差最終為1.77＋0.52/2≈2（mm），即用于定位φ62mm圓柱的V形塊相比定位φ57mm圓柱的V形塊低2mm。設(shè)計微調(diào)范圍為0～0.8mm，當(dāng)出現(xiàn)φ57mm毛坯公差為絕對值較大的正負(fù)數(shù)值時，以φ62mm為旋轉(zhuǎn)軸，調(diào)整圖3中左邊浮動定位V形塊的高低，同時相應(yīng)地調(diào)整設(shè)定的坐標(biāo)值Z。毛坯外圓柱面作為粗基準(zhǔn)，每件采用浮動定位找正水平，使裝夾更加穩(wěn)定。定位誤差控制在基本尺寸為3～4mm的公差范圍內(nèi)。

圖3 Δh示意

4.4 基準(zhǔn)的確定

選用骨架毛坯φ57mm和φ62mm外圓柱定位，推算出孔中心到工作臺面尺寸一致。為保證定位準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性，以及防止鑄造毛坯誤差過大等問題，制作專用V形塊。將長V形塊固定在工作臺上，成為找正時的旋轉(zhuǎn)軸定位基準(zhǔn)。短V形塊為活動件，在調(diào)整高低的同時，調(diào)整兩圓柱間距175mm的鑄造毛坯誤差，兩個V形塊底面與拼裝件連接或接觸，三點確定一個平面，在保證放置穩(wěn)定的同時，方便了水平找正。

找正φ57mm和φ62mm中心高度，將中心高度調(diào)整到公差允許的范圍，間接控制最終φ54mm和φ43mm毛坯剩余材料尺寸，免去了鉗工劃線及重復(fù)找正的繁瑣及誤差。一次加工完成底面所有要素，保證底面要素相關(guān)聯(lián)尺寸精度。同時加工出后工序定位面及定位孔基準(zhǔn)，控制精基準(zhǔn)與φ57mm和φ62mm毛坯尺寸一致性，確保最終零件厚度均勻。

5 加工效果驗證

采用V形塊定位兩圓柱的方法加工后，后工序采用拼裝夾具裝夾零件，選用工藝基準(zhǔn)A和B（見圖1a）即2個M10底孔及已加工面為第二步定位基準(zhǔn)，以基準(zhǔn)B反推加工C基準(zhǔn)，控制尺寸58mm，同時直接保證尺寸16mm，該尺寸有一未加工面保證，屬于鑄造毛坯公差，由前所述為CT6級，尺寸公差為0.54mm。加工φ54mm和φ43mm孔后，零件壁厚均勻，未出現(xiàn)明顯毛坯偏差現(xiàn)象，且易于控制該尺寸，最終能有效地加工出合格的零件，成品如圖4所示。

圖4 成品

按照新基準(zhǔn)選擇方法確定骨架加工方案，由原來的9道機(jī)械加工工序縮短為2個工步完成全部加工，且最終φ54mm和φ43mm孔加工后，毛坯尺寸均勻，壁厚4mm以及7mm尺寸經(jīng)測量，誤差控制在0.3mm以內(nèi)。后續(xù)加工的3個批次合格率達(dá)100%。經(jīng)過多次加工驗證，零件一次加工合格率達(dá)到100%，實踐證明這種選擇最終保證最小尺寸面為粗定位基準(zhǔn)面的方法有效。

6 結(jié)束語

在鑄件加工過程中，合理選擇定位基準(zhǔn)十分重要。最終選取保證最小尺寸面為粗定位基準(zhǔn)面，同時運(yùn)用合理的定位方法和加工思路，能夠解決生產(chǎn)過程中存在的因基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換不合理而引起的質(zhì)量問題。骨架零件加工過程中尺寸、表面粗糙度、幾何公差均達(dá)到工藝技術(shù)要求，對產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定及加工效率的提高起到了積極作用，反映出該基準(zhǔn)選擇思路適用于鑄造毛坯。從鑄件骨架的定位原理分析，進(jìn)行定位基準(zhǔn)的擴(kuò)展應(yīng)用，可為鑄件類零件的定位方法及基準(zhǔn)的選擇提供一定的參考。